部队行到广城，离阳人城还有几十里。天已经很晚了，士马劳累，应当驻军休息，而董卓预先制定的作战计划，也要求在广成住宿，秣马厉兵，养精蓄锐，然后再乘夜进兵，天明时分攻城。但诸将都嫌忌胡轸，想败坏他的大事，不想让他成功。于是，吕布等人便说：“阳人城中敌兵已经逃跑，应该快点去追赶，寻求战机。否则，就没有机会了。”胡轸便率军连夜进发。
到阳人城下，城中守备十分严密，偷袭不可能成功。这时，军队饥渴困顿，士气低落。加上是在夜间，没有堑壕工事防御。将士们刚刚解甲休息，吕布又令人传布谣言，说孙坚率城中将士乘夜来袭。军众黑夜中，不明真假，扰乱奔逃，弃盔甲，失鞍马，十分狼狈。孙坚乘势出城追击，胡轸全军溃败，部下督华雄也被斩杀[18]。
孙坚阳人一役获胜，名声大起，威望更着。有人乘机挑拨袁术，说：“孙坚倘若占据洛阳，发展势力，将难以制约。如果任其发展，岂不是除却一狼，又增一虎吗？”[19]听了挑拨之言，袁术真的怀疑起孙坚来，不给孙坚运送军粮。孙坚军中无粮，焦虑万分。当时，孙坚驻地阳人距离袁术所居鲁阳一百多里，孙坚连夜乘马，直奔鲁阳，拜见袁术。
在袁术帐中，孙坚心情异常激动。他在地上画来画去，分析形势和各方面的利害关系。并且说：“我所以如此献身不顾，上为国家讨伐逆贼，下为将军报家门私仇。我孙坚与董卓并无刻骨仇恨，而将军您却听信小人拨弄之言，居然对我起怀疑！”袁术心中怀愧，不能自安。孙坚接着说：“现在大功即将告成，然而军粮却供应不上。这形势，跟吴起洒泪西河，乐毅功败垂成，完全一样！请将军明察、深思，早做决断！”袁术马上下令给孙坚调拨军粮，孙坚立即回营。
兵威进洛董卓惧怕孙坚的勇武威猛，派部将李傕前往劝说，想与孙坚结为婚姻之好，并且让孙坚开列子弟中能任刺史、郡守的名单，答应保举任用他们。在利诱面前，孙坚一身正气，他义正辞严地说：“董卓大逆不道，荡覆王室，如今不诛其三族，示众全国，我死也不瞑目，难道还要与他和亲吗！”当即下令向大谷进军。部队一直挺进到距离洛阳九十里的地方。
孙坚拒绝董卓，不仅表现了他卓荦不群的英雄气概，也使得董卓大有感触。
董卓曾对长史刘艾说：“关东的部队屡遭失败，都怕了我，只有孙坚，颇能用人，应该告诉将领们，让他们有所防范。当年我和周慎到金城去征讨边章、韩遂，我曾请示张温，希望率部驻扎在后，为周慎作后续部队，以备万一，张温不听。我当时便上书，说明形势利弊，并预料周慎一定不会成功。这些，台阁中均有记载。事情还没有结果，张温又派我讨伐先零叛羌。以为这样一来，西土就可一举扫平了。我明知此事不会成功，但又无法阻止。只好领兵出发，不过，我留了一手，让别部司马刘靖率领四千军队驻扎在安定，营造声势，以为呼应。所以，当叛羌要截断我的归路时，我运军轻轻一击，他们便让开了道路，因为他们害怕，因为我在安定地方有军队策应。叛羌以为我们在安定有几万人马，其实不过是刘靖那四千人罢了！孙坚当时跟着周慎，也曾向周慎献计，愿意自己率兵一万，先到金城，而让周慎引兵二万驻扎在后，以为接应。边章城中粮食不多，要到外面运粮，他们害怕周慎后续大军，一定不敢轻易与孙坚交战，而孙坚的兵又足以断绝他们运粮的道路。当时，如果采用孙坚之计，或许能够平定凉州，可惜周慎小儿，未用其计。张温不用我的计谋，周慎又不听孙坚的建议，结果终于失败。当时，孙坚小小一个佐军司马，见解与我大致相同，确有过人之处，其才可用！”
刘艾说：“孙坚虽然时出奇计，但到底不如李傕、郭汜。听说他在美阳亭北，率领一千多人与敌合战，差一点丢了命呢！”董卓说：“孙坚当时率领的是乌合之众，兵不如虏精，且战有利钝，不可完全以成败论。不过，这回他跟从诸袁小儿，倒真是自寻死路了！”董卓还说：“只要杀掉二袁、刘表、孙坚，天下自然会服从我！”[22]董卓亲自引兵与孙坚交战，结果遭到孙坚重创，他留下吕布掩护，自己转守渑池和陕城。孙坚挥兵，进攻洛阳，与吕布接战，吕布最终不敌而败走，孙坚大军进入洛阳。当时洛阳空虚，数百里内没有烟火。孙坚入城，见此惨状，无限惆怅，潸然泪下[23]。他命令部队清扫汉室宗庙，用太牢之礼祭祀。
一个偶然的机会，孙坚得到了汉王朝的传国玉玺。据裴松之《三国志》注引《吴书》记载，孙坚当时驻军洛阳城南，附近的甄官井上，早晨有五彩云气浮动，众军惊怪，没人敢去汲水。孙坚命人下到井内，打捞出了传国玉玺，玺方圆四寸，上纽交五龙，缺一角，文字是“受命于王，既寿永昌。”人们说，这是当年张让等作乱，劫持天子出奔，左右分散，掌玺人投到井中的[24]。
孙坚整饬部队，分兵出新安、渑池间进击董卓。为防孙坚再来进击，董卓便留董越屯兵渑池，段煨屯兵华阴，牛辅屯兵安邑，其他将领留守各县，制衡山东群雄，自己则退往长安。孙坚修复被董卓挖掘的汉室陵墓，引兵回到鲁阳[25]。[26]将星陨落当时，除了孙坚在不断与董卓作战外，其余的关东群雄早已将这事置之脑后，他们为了扩大势力地盘，纷纷兼并割据。袁绍、袁术虽为兄弟，可互相也尔虞我诈，勾心斗角。因袁术不赞同袁绍拥立新帝的提议，兄弟两人因此翻脸决裂。当袁术派孙坚去攻打董卓未归之时，袁绍却改派周昂（一说为周禺）为豫州刺史，率兵袭取曾作为孙坚豫州刺史治所的阳城。
孙坚得此消息，十分感慨：“我们同举义兵，目的是为了挽救江山社稷。如今逆贼将被扫灭，内部却如此争斗起来，我跟谁戮力同心，回天转日呢？”说完，仰天长叹，泪如雨下。事到如此，孙坚只好挥师攻打周昂，周昂溃败遁逃[27]。
在讨伐董卓的关东群雄中，孙坚军是唯一一支数次与董卓军队进行正面交锋且取得大胜的军队，在曹*兵败汴水、袁绍迟疑不进、酸枣联军瓦解、天下人驻足观望之际，他的孤军奋战却使藐视天下的董卓如芒在背、仓皇西窜。他的英雄气概，也使得别的军阀心生忌限。当他的孤军杀入京城，分兵函谷，兵戈西指欲对董卓赶尽杀绝之时，联军中的群雄却各怀鬼胎，故意按兵不动，天下之势已经由一起对抗董卓，转为开拓群雄自己的领土。而即使孙坚再勇不可挡，也难以挽回脆弱的、分裂的讨董联盟。董卓讨伐战在没有得到决定性胜利的情况下，便匆匆宣告结束。
公元191年（初平二年）四月，袁术派孙坚征讨荆州，攻打刘表。刘表派黄祖在樊城、邓县之间迎战。孙坚击败黄祖，乘胜追击，渡过汉水，包围襄阳。刘表闭门不战，派黄祖乘夜出城调集兵士。黄祖带兵归来，孙坚复与大战。黄祖败走，逃到岘山之中，孙坚追击。黄祖部将从竹林间发射暗箭，孙坚中箭身亡，将星就此陨落[28]。
历史评价陈寿：“勇挚刚毅，孤微发迹，导温戮卓，山陵杜塞，有忠壮之烈。”[29]董卓：“孙坚小戆，颇能用人，当语诸将，使知忌之。”
刘艾：“坚虽时见计，故自不如李傕、郭汜。”“坚用兵不如李傕、郭汜。坚前与羌战於美阳，殆死，无能为！”[30]陆机：“权略纷纭，忠勇伯世，威棱则夷羿震荡，兵交则丑虏授馘，遂扫清宗祊，蒸禋皇祖。……忠规武节，未有如此其着者也。”
华谭：“昔吴之武烈，称美一代，虽奋奇宛叶，亦受折襄阳。讨逆雄气，志存中夏，临江发怒，命讫丹徒。”
裴松之：“孙坚于兴义之中最有忠烈之称，若得汉神器而潜匿不言，此为阴怀异志，岂所谓忠臣者乎？吴史欲以为国华，而不知损坚之令德。如其果然，以传子孙，纵非六玺之数，要非常人所畜，孙皓之降，亦不得但送六玺，而宝藏传国也。受命于天，奚取於归命之堂，若如喜言，则此玺今尚在孙门。匹夫怀璧，犹曰有罪，而况斯物哉！”
孙元宴：“委存张公翊圣材，几将贤德赞文台。争教不霸江山得，日月征曾入梦来。”
何去非：“特孙坚激于忠勇，投袂特起于区区之下郡，奋以诛卓，虽卓亦独惮而避之。惜乎！三失大机而功业不就，卒以轻敌遂殒其身，由无谋夫策士以发其智虑之所不及故也。”
洪迈：“董卓盗国柄，天下共兴义兵讨之，惟孙坚以长沙太守先至，为卓所惮，独为有功。故裴松之谓其最有忠烈之称。然长沙为荆州属部，受督于刺史王睿。睿先与坚共击零、桂贼，以坚武官，言颇轻之。及睿举兵欲讨卓，坚乃承案行使者，诈檄杀之，以偿囊忿。南阳太守张咨，邻郡二千石也，以军资不具之故，又收斩之。是以区区一郡将，乘一时兵威，辄害方伯、邻守，岂得为勤王乎？刘表在荆州，乃心王室，袁术志于逆乱，坚乃奉其命而攻之，自速其死，皆可议也。”
郝经：“破虏以雄才壮略，遭汉衰末，慨然有拨定之志。崛起吴会，陵蹈中原，讨灭黄巾，劝诛董卓，识度远矣。逮卓废立劫迁，奋其忠烈，以偏师追亡逐北，使不敢东。修塞园陵，保完汉玺，威震函洛，向非袁术掣肘，扶义而西，汉未必亡。”
王夫之：“孙坚之始起，斩许生而功已着，参张温之军事，讨边章而名已立，非不可杰立而称雄也；奋起诛卓，先群帅而进屯阳人，卓惮之而与和亲，乃曰：‘不夷汝三族悬示四海，吾死不瞑目。’独以孤军进至雒阳，埽除宗庙，修塞诸陵，不自居功，而还军鲁阳。当斯时也，可不谓皎然于青天白日之下而无惭乎？故天下皆举兵向卓，而能以躯命与卓争生死者，孙坚而已矣。其次则曹*而已矣。”
罗贯中：“谁道江南少将才？明星夜夜照文台。欲诛董卓安天下，为首长沙太守来。”[据《三国志.吴书.孙破虏传》：“初平三年，（袁）术使（孙）坚征荆州，击刘表。表遣黄祖逆于樊、邓之间。坚击破之，追渡汉水，遂围襄阳，单马行岘山，为祖军士所射杀。”初平三年当为公元192年，又据裴松之注《吴录》：“坚时年三十七。”根据古人以虚岁计算年龄的制度可以推算出孙坚生于公元156年。
然而，裴松之在为后面的《三国志.吴书.孙讨逆传》作注时引用了《吴录》中孙策被封为吴侯时的表文，其中有“臣年十七，丧失所怙”一句，即孙策在17岁时丧父。根据《三国志》不同人物传记的相互考证，可以推算孙策卒于公元200年，时年26岁，可推算出孙策生于公元175年，而孙策17岁时应为公元191年。因此，裴松之在作注时写道“本传云孙坚以初平三年卒，策以建安五年卒，策死时年二十六，计坚之亡，策应十八，而此表云十七，则为不符”，认为此处的记载与孙坚的本传记载不相符合。接下来裴松之又提出了在其他史料中得到的数据“张璠《汉纪》及《吴历》并以坚初平二年死”，也就是在《汉纪》和《吴历》这两种史料中都记载孙坚卒于公元191年。因此，裴松之得出结论“此为是而本传误也”。根据裴松之的推断，不难推断孙坚的生卒年为公元155年至公元191年为比较可靠的数据。至于陈寿在本传中的记载，可能是一时疏忽导致的错误。而至于《英雄记》中孙坚卒于初平四年（193）之类的记载，可信度极低。